在电影《侏罗纪公园》中，科学家提取了在琥珀中保存了数百万年的DNA，并利用它创造了一群早已灭绝的恐龙。
受到该影片的部分启发，麻省理工学院的研究人员开发出一种玻璃状、琥珀状的聚合物，可用于长期存储DNA，无论是整个人类基因组还是照片等数字文件。
目前大多数储存DNA的方法都需要在冰冻温度下进行，因此会消耗大量能源，在世界许多地方都不可行。相比之下，这种新型琥珀状聚合物可以在室温下储存DNA，同时保护分子免受热或水的损害。
研究人员表示，他们可以利用这种聚合物来存储编码侏罗纪公园主题曲的DNA序列，以及整个人类基因组。他们还证明，DNA可以很容易地从聚合物中去除，而不会损坏聚合物。
“冷冻DNA是保存DNA的首选方法，但成本非常高，而且不可扩展，”麻省理工学院前博士后JamesBanal说道。“我认为我们的新保存方法将成为一种技术，可能推动未来在DNA上存储数字信息。”
Banal和麻省理工学院A.ThomasGeurtin化学教授JeremiahJohnson是这项研究的资深作者，研究结果发表在《美国化学会志》上。前麻省理工学院博士后ElizabethPrince和麻省理工学院博士后HoFungCheng是该论文的主要作者。
捕获DNA
DNA是一种非常稳定的分子，非常适合存储大量信息，包括数字数据。数字存储系统将文本、照片和其他类型的信息编码为一系列0和1。同样的信息也可以使用组成遗传密码的四种核苷酸(A、T、G和C)编码在DNA中。例如，G和C可用于表示0，而A和T表示1。
DNA提供了一种以极高密度存储这些数字信息的方法：理论上，一个装满DNA的咖啡杯可以存储世界上所有的数据。DNA也非常稳定，而且相对容易合成和测序。
2021年，Banal和他的博士后导师、麻省理工学院生物工程学教授MarkBathe开发了一种将DNA存储在二氧化硅颗粒中的方法，这些颗粒可以贴上标签，显示颗粒的内容。这项工作促成了一家名为CacheDNA的衍生公司成立。
这种存储系统的一个缺点是需要几天时间才能将DNA嵌入二氧化硅颗粒中。此外，从颗粒中去除DNA需要氢氟酸，这对处理DNA的工人来说可能是危险的。
为了找到替代的存储材料，班纳尔开始与约翰逊及其实验室成员合作。他们的想法是使用一种称为可降解热固性聚合物的聚合物，这种聚合物由加热后会形成固体的聚合物组成。这种材料还包括可轻易断裂的可裂解链，从而使聚合物能够以可控的方式降解。
约翰逊说：“利用这些可解构的热固性材料，我们可以选择如何降解它们，这取决于我们在其中放入了哪些可裂解的键。”
对于这个项目，研究人员决定用苯乙烯和交联剂来制造热固性聚合物，它们一起形成一种琥珀色的热固性聚合物，称为交联聚苯乙烯。这种热固性聚合物还非常疏水，因此可以防止水分进入并损坏DNA。为了使热固性聚合物可降解，苯乙烯单体和交联剂与称为硫代内酯的单体共聚。这些连接可以通过用一种称为半胱胺的分子处理来破坏。
由于苯乙烯的疏水性很强，研究人员必须想出一种方法来将DNA(一种亲水性、带负电荷的分子)吸引到苯乙烯中。
为了实现这一目标，他们确定了三种单体的组合，它们可以转化为聚合物，通过帮助DNA与苯乙烯相互作用来溶解DNA。每种单体都有不同的特性，可以协同将DNA从水中分离出来并进入苯乙烯。在那里，DNA形成球形复合物，带电DNA位于中心，疏水基团形成与苯乙烯相互作用的外层。加热后，该溶液变成固体玻璃状块，嵌入DNA复合物。
研究人员将他们的方法命名为T-REX(热固性强化干燥保存)。研究人员表示，将DNA嵌入聚合物网络的过程需要几个小时，但随着进一步优化，这个过程可能会变得更短。
为了释放DNA，研究人员首先添加半胱胺，它可以切断聚苯乙烯热固性塑料的键，将其分解成更小的碎片。然后，可以添加一种名为SDS的洗涤剂，以在不损坏聚苯乙烯的情况下从聚苯乙烯中去除DNA。
存储信息
研究人员利用这些聚合物，发现它们可以封装不同长度的DNA，从数十个核苷酸到整个人类基因组(超过50,000个碱基对)。除了《侏罗纪公园》主题曲外，它们还能够存储编码《解放奴隶宣言》和麻省理工学院徽标的DNA。
在存储DNA并将其取出后，研究人员对其进行了测序，发现没有引入任何错误，这是任何数字数据存储系统的关键特性。
研究人员还发现，这种热固性聚合物可在高达75摄氏度(167华氏度)的高温下保护DNA。他们目前正在研究如何简化聚合物的制造过程，并将其制成胶囊以供长期储存。
CacheDNA是一家由Banal和Bathe创办的公司，Johnson是该公司的科学顾问委员会成员，该公司目前正在进一步开发DNA存储技术。他们设想的最早应用是存储基因组用于个性化医疗，他们还预计，随着未来技术的发展，这些存储的基因组可以接受进一步分析。
“我们的想法是，为什么我们不永远保存生命的主记录?”班纳尔说。“十年或二十年后，当技术发展到我们今天无法想象的程度时，我们就可以学到越来越多的东西。我们对基因组及其与疾病的关系的理解仍处于起步阶段。”